氣井渦流排水采氣技術(shù)介紹(2012.4.19)課件

1、 隨著蘇里格氣田開發(fā)的深入，氣井壓力的下降和產(chǎn)水量增加，氣隨著蘇里格氣田開發(fā)的深入，氣井壓力的下降和產(chǎn)水量增加，氣井嚴重積液甚至停產(chǎn)，排水采氣工作的緊迫性日益突出。渦流工具可井嚴重積液甚至停產(chǎn)，排水采氣工作的緊迫性日益突出。渦流工具可以達到改變井筒內(nèi)介質(zhì)的流動形態(tài)，提高氣井攜液能力的作用，從而以達到改變井筒內(nèi)介質(zhì)的流動形態(tài)，提高氣井攜液能力的作用，從而減少井底積液，減小油管內(nèi)壓降，提高氣井產(chǎn)量。通過該試驗觀察、減少井底積液，減小油管內(nèi)壓降，提高氣井產(chǎn)量。通過該試驗觀察、驗證渦流工具的排水采氣效果，為蘇里格氣田排水采氣工藝探索新的驗證渦流工具的排水采氣效果，為蘇里格氣田排水采氣工藝探索新的技術(shù)途

2、徑。技術(shù)途徑。 一、渦流排水采氣技術(shù)背景及原理一、渦流排水采氣技術(shù)背景及原理二、投放施工二、投放施工三渦流排水采氣技術(shù)在國內(nèi)外應(yīng)用三渦流排水采氣技術(shù)在國內(nèi)外應(yīng)用四、渦流排水采氣技術(shù)在蘇里格氣的試驗四、渦流排水采氣技術(shù)在蘇里格氣的試驗匯匯 報報 提提 綱綱 渦流排水采氣技術(shù)在油氣田的應(yīng)用，是美國能源部渦流排水采氣技術(shù)在油氣田的應(yīng)用，是美國能源部20012001年資助的研究項目，由年資助的研究項目，由NETLNETL組織實施、測試、驗收。組織實施、測試、驗收。 渦流排水采氣技術(shù)改善氣井生產(chǎn)狀態(tài)、提高氣井采渦流排水采氣技術(shù)改善氣井生產(chǎn)狀態(tài)、提高氣井采收率，到目前已經(jīng)用于北美、澳大利亞數(shù)千口天然氣井、

3、收率，到目前已經(jīng)用于北美、澳大利亞數(shù)千口天然氣井、煤層氣井的生產(chǎn)優(yōu)化。煤層氣井的生產(chǎn)優(yōu)化。一、渦流排水采氣技術(shù)背景及原理一、渦流排水采氣技術(shù)背景及原理1 1、渦流排水采氣技術(shù)背景、渦流排水采氣技術(shù)背景截至截至20002000年，美國共有：年，美國共有： 產(chǎn)油井：產(chǎn)油井：411793411793口口 產(chǎn)氣井：產(chǎn)氣井：223707223707口?？凇＿@些井產(chǎn)量占美國這些井產(chǎn)量占美國17%17% 的原油和的原油和7%7%的天然氣用量。對的天然氣用量。對美國能源安全只顧至關(guān)重要。擁有者均為獨立的小業(yè)美國能源安全只顧至關(guān)重要。擁有者均為獨立的小業(yè)主，沒有技術(shù)開發(fā)資金和能力。主，沒有技術(shù)開發(fā)資金和能力。一

4、、渦流排水采氣技術(shù)背景及原理一、渦流排水采氣技術(shù)背景及原理20012001年，年， DOEDOE（美國能源部）通過（美國能源部）通過NETL(NETL(國家能源技術(shù)實國家能源技術(shù)實驗室），組建了驗室），組建了SWCSWC（低產(chǎn)井協(xié)會）。（低產(chǎn)井協(xié)會）。SWC SWC 致力于系列研究開發(fā)項的研發(fā)，渦流排水采氣技術(shù)就致力于系列研究開發(fā)項的研發(fā)，渦流排水采氣技術(shù)就是其中之一。是其中之一。 一、渦流排水采氣技術(shù)背景及原理一、渦流排水采氣技術(shù)背景及原理當氣液流進入渦流工具，渦流工當氣液流進入渦流工具，渦流工具使流體快速旋轉(zhuǎn)，加速度使得具使流體快速旋轉(zhuǎn)，加速度使得較重的液體甩向管壁；流體沿工較重的液體甩向

5、管壁；流體沿工具向上運動，工具的結(jié)構(gòu)、參數(shù)具向上運動，工具的結(jié)構(gòu)、參數(shù)使得流體的旋轉(zhuǎn)達到一個非常有使得流體的旋轉(zhuǎn)達到一個非常有效的狀態(tài)效的狀態(tài)；優(yōu)化設(shè)計的渦流參數(shù)，可以使渦優(yōu)化設(shè)計的渦流參數(shù)，可以使渦流產(chǎn)生的渦旋上升環(huán)膜流態(tài)維持流產(chǎn)生的渦旋上升環(huán)膜流態(tài)維持較長的距離。較長的距離。一、渦流排水采氣技術(shù)背景及原理一、渦流排水采氣技術(shù)背景及原理2 2、渦流排水采氣技術(shù)原理、渦流排水采氣技術(shù)原理 流體的運動原理象槍的膛線，即中心流體的運動原理象槍的膛線，即中心流邊緣的非流邊界也在運動，這導(dǎo)流邊緣的非流邊界也在運動，這導(dǎo)致主流體與外流體間較低的差速；致主流體與外流體間較低的差速；由于摩擦力的減小，從而降

6、低了剪由于摩擦力的減小，從而降低了剪切力和壓降。切力和壓降。消除了流體、氣流內(nèi)小滴間的滑動。消除了流體、氣流內(nèi)小滴間的滑動。從而減小了氣體向上運動所必需的從而減小了氣體向上運動所必需的做功量、及油管總的壓力損失。做功量、及油管總的壓力損失。一、渦流排水采氣技術(shù)背景及原理一、渦流排水采氣技術(shù)背景及原理一、渦流排水采氣技術(shù)背景及原理一、渦流排水采氣技術(shù)背景及原理拆分開的部件拆分開的部件組裝好的工具組裝好的工具一、渦流排水采氣技術(shù)背景及原理一、渦流排水采氣技術(shù)背景及原理3 3、國內(nèi)外渦流排水采氣技術(shù)研究成果、國內(nèi)外渦流排水采氣技術(shù)研究成果 （1 1）螺旋運動形成的原理：美國人）螺旋運動形成的原理：美

7、國人 MingaleevaMingaleeva以龍卷風為以龍卷風為例研究流體螺旋運動形成原理。一股空氣質(zhì)量流被位于溫暖例研究流體螺旋運動形成原理。一股空氣質(zhì)量流被位于溫暖的地面區(qū)域（的地面區(qū)域（a-ba-b）上水蒸氣加熱并飽和，因浮力的影響會）上水蒸氣加熱并飽和，因浮力的影響會以空氣柱的形式做上升運動。新的空氣，來自地面附近的溫以空氣柱的形式做上升運動。新的空氣，來自地面附近的溫度相對較低的環(huán)境，沿徑向軌跡往低壓的空區(qū)運動，到達度相對較低的環(huán)境，沿徑向軌跡往低壓的空區(qū)運動，到達a-a-b b區(qū)域，被加熱并且飽和蒸氣，在氣流區(qū)域，被加熱并且飽和蒸氣，在氣流9090彎角處急劇上升。彎角處急劇上升。

8、一、渦流排水采氣技術(shù)背景及原理一、渦流排水采氣技術(shù)背景及原理龍卷風的形態(tài)示意圖龍卷風的形態(tài)示意圖一、渦流排水采氣技術(shù)背景及原理一、渦流排水采氣技術(shù)背景及原理 但是這種將空氣流由水平轉(zhuǎn)向垂直運動在彎角但是這種將空氣流由水平轉(zhuǎn)向垂直運動在彎角9090處會導(dǎo)致遠大于摩擦阻力損失的水力阻力流動，此處會導(dǎo)致遠大于摩擦阻力損失的水力阻力流動，此時流體會自發(fā)轉(zhuǎn)成螺旋式上升，因為螺旋式上升的時流體會自發(fā)轉(zhuǎn)成螺旋式上升，因為螺旋式上升的形式會使局部水力阻力損失大大減少，以摩擦阻力形式會使局部水力阻力損失大大減少，以摩擦阻力損失為主，損失為主，MingaleevaMingaleeva通過計算得出，螺旋上升相通過計

9、算得出，螺旋上升相比之下減少了能量的消耗。比之下減少了能量的消耗。一、渦流排水采氣技術(shù)背景及原理一、渦流排水采氣技術(shù)背景及原理當空氣流上升高度為當空氣流上升高度為H H時，克服水力阻力所消耗的能量：時，克服水力阻力所消耗的能量： 232323sin2rHuNQ pQDag2220201020102010()()()222rrHuuuHNQppQCQCDgggD其中：其中：N N是空氣流運動所消耗的能量，是空氣流運動所消耗的能量，Q Q是空氣流動的速度是空氣流動的速度，P P是水力阻力，是水力阻力，u u是局部氣體的速度，下標是局部氣體的速度，下標0 0代表了代表了垂直上升流，垂直上升流，1 1

10、是局部阻力，是局部阻力，2 2是摩擦阻力，是摩擦阻力，3 3是螺旋流是螺旋流動。動。 一、渦流排水采氣技術(shù)背景及原理一、渦流排水采氣技術(shù)背景及原理通過直接觀察得到龍卷風螺旋角通過直接觀察得到龍卷風螺旋角a45a456565，典型摩擦，典型摩擦阻力系數(shù)的值為：阻力系數(shù)的值為：20=0.01-0.120=0.01-0.1，23=0.03-0.1523=0.03-0.15（當當Re=10Re=103 3-10-106 6），），C10=0.2-10C10=0.2-10。螺旋流動所消耗的能量從公式中不含螺旋流動所消耗的能量從公式中不含C10C10，即螺旋流動，即螺旋流動中主要是摩擦阻力損失，與垂直上升

11、流相比，少了局部中主要是摩擦阻力損失，與垂直上升流相比，少了局部阻力，能量消耗減少。阻力，能量消耗減少。一、渦流排水采氣技術(shù)背景及原理一、渦流排水采氣技術(shù)背景及原理 （2 2）現(xiàn)場試驗成果：）現(xiàn)場試驗成果：20042004年美國德州技術(shù)測試中心在水流動性年美國德州技術(shù)測試中心在水流動性測試表明，渦流井下工具能夠降低井底壓力。在相對短的距離上測試表明，渦流井下工具能夠降低井底壓力。在相對短的距離上渦流表面工具能夠減少流體壓降渦流表面工具能夠減少流體壓降30-50 30-50 。流體經(jīng)過渦流工具后，確切的距離是與壓力，管內(nèi)徑，流量和流速有關(guān)的函數(shù)確切的距離是與壓力，管內(nèi)徑，流量和流速有關(guān)的函數(shù) 。

12、經(jīng)多口井現(xiàn)場試驗，得到：經(jīng)多口井現(xiàn)場試驗，得到：井下渦流工具平均有效作用深度井下渦流工具平均有效作用深度2280m2280m（75007500英尺）。英尺）。在在20052005年年SWCSWC（美國低產(chǎn)井協(xié)會）的測試報（美國低產(chǎn)井協(xié)會）的測試報告中稱，測試數(shù)據(jù)表明，渦流工具可以降低告中稱，測試數(shù)據(jù)表明，渦流工具可以降低臨界舉升流速臨界舉升流速25-25-30%30% 。一、渦流排水采氣技術(shù)背景及原理一、渦流排水采氣技術(shù)背景及原理 一、渦流排水采氣技術(shù)背景及原理一、渦流排水采氣技術(shù)背景及原理二、投放施工二、投放施工三渦流排水采氣技術(shù)在國內(nèi)外應(yīng)用三渦流排水采氣技術(shù)在國內(nèi)外應(yīng)用四、渦流排水采氣技術(shù)

13、在蘇里格氣的試驗四、渦流排水采氣技術(shù)在蘇里格氣的試驗匯匯 報報 提提 綱綱二、投放施工二、投放施工 渦流排水采氣工具的投放、打撈與節(jié)渦流排水采氣工具的投放、打撈與節(jié)流器的投放施工相似。都是試井車流器的投放施工相似。都是試井車絞車上的鋼絲，通過聯(lián)接在氣井口絞車上的鋼絲，通過聯(lián)接在氣井口上的防噴管投放到設(shè)計位置以下上的防噴管投放到設(shè)計位置以下3-53-5米，然后上投鋼絲，使工具上的定米，然后上投鋼絲，使工具上的定位卡瓜卡到油管接箍的接縫處。再位卡瓜卡到油管接箍的接縫處。再上擊切斷投放工工具上的銷釘，收上擊切斷投放工工具上的銷釘，收回投放工具。回投放工具。二、投放施工二、投放施工 一、渦流排水采氣技

14、術(shù)背景及原理一、渦流排水采氣技術(shù)背景及原理二、投放施工二、投放施工三渦流排水采氣技術(shù)在國內(nèi)外應(yīng)用三渦流排水采氣技術(shù)在國內(nèi)外應(yīng)用四、渦流排水采氣技術(shù)在蘇里格氣的試驗四、渦流排水采氣技術(shù)在蘇里格氣的試驗匯匯 報報 提提 綱綱三、渦流排水采氣技術(shù)在國內(nèi)外應(yīng)用三、渦流排水采氣技術(shù)在國內(nèi)外應(yīng)用應(yīng)用實例一：應(yīng)用實例一：在新墨西哥州北部和科羅拉多州南部的圣胡安盆地， BP公司已經(jīng)在3000英尺煤層氣井中安裝了井下渦流排水采氣工具。煤層氣井井底有嚴重的積液問題（積水深度超過300英尺，而儲層壓力已低于100 psi ）和產(chǎn)量已下降到1.000MCF / d。安裝井下渦流工具之后，產(chǎn)量上升至2-2.200MCF

15、 / d且液位降低到 25英尺。而且高產(chǎn)時間超過4個月。二、渦流排水采氣技術(shù)在國內(nèi)外應(yīng)用二、渦流排水采氣技術(shù)在國內(nèi)外應(yīng)用工工具具安安裝裝前前工工具具安安裝裝后后二、渦流排水采氣技術(shù)在國內(nèi)外應(yīng)用二、渦流排水采氣技術(shù)在國內(nèi)外應(yīng)用應(yīng)用實例二：應(yīng)用實例二：大慶油田升大慶油田升1-11-1井試驗井試驗 一、渦流排水采氣技術(shù)背景及原理一、渦流排水采氣技術(shù)背景及原理二、投放施工二、投放施工三、渦流排水采氣技術(shù)在國內(nèi)外應(yīng)用三、渦流排水采氣技術(shù)在國內(nèi)外應(yīng)用四、渦流排水采氣技術(shù)在蘇里格氣的試驗四、渦流排水采氣技術(shù)在蘇里格氣的試驗匯匯 報報 提提 綱綱四、渦流排水采氣技術(shù)在蘇里格氣的試驗四、渦流排水采氣技術(shù)在蘇里格

16、氣的試驗工具參數(shù)：工具參數(shù)：總長：總長：960mm外徑：外徑：56mm材質(zhì)：材質(zhì)：316L不銹鋼不銹鋼打撈頸：打撈頸：39mm應(yīng)用實例一：應(yīng)用實例一：四、渦流排水采氣技術(shù)在蘇里格氣的試驗四、渦流排水采氣技術(shù)在蘇里格氣的試驗工工具具安安裝裝前前工工具具安安裝裝后后四、渦流排水采氣技術(shù)在蘇里格氣的試驗四、渦流排水采氣技術(shù)在蘇里格氣的試驗 由該井8月26日至9月6日的生產(chǎn)曲線圖中可以看出：投放工具后28日套壓下降0.2MPa，油壓下降0.6MPa，產(chǎn)氣量升至1.2104m3/d，之后油套壓及產(chǎn)量一直穩(wěn)定至31日，說明工具投放后油管中的積液逐漸被排出；31日套壓由8.6MPa迅速降至4.1MPa，同時

17、油壓由1.6MPa升至3.6MPa，且瞬時流量出現(xiàn)了5500m3/h的高峰，說明套管中積液排出；8月31日至9月4日產(chǎn)氣量在2.8-6.5104m3/d之間波動；9月4日套壓上升0.7MPa至5.7MPa，產(chǎn)氣量最低降至2.0104m3/d，至9月6日套壓漲至6.31MPa，產(chǎn)氣量3.2104m3/d，氣井出現(xiàn)積液現(xiàn)象。四、渦流排水采氣技術(shù)在蘇里格氣的試驗四、渦流排水采氣技術(shù)在蘇里格氣的試驗 渦流工具現(xiàn)在蘇14-11-38井試驗，就已取得的試驗數(shù)據(jù)分析：蘇14-11-38井投放的渦流工具實現(xiàn)了一定的排水采氣作用：氣井出水現(xiàn)象明顯，套壓由8.73MPa降至4.11MPa；產(chǎn)量較試驗前大幅度提高，

18、產(chǎn)氣量從0.7104m3/d漲至最高6.5104m3/d，目前穩(wěn)定在3.2104m3/d。應(yīng)用實例二：應(yīng)用實例二：四、渦流排水采氣技術(shù)在蘇里格氣的試驗四、渦流排水采氣技術(shù)在蘇里格氣的試驗 20112011年年1111月月1515日，采氣三廠在蘇日，采氣三廠在蘇14-1-0914-1-09投放兩級渦流工具，投放兩級渦流工具，試驗前：油套壓試驗前：油套壓1.31/5.42MPa1.31/5.42MPa，日產(chǎn)氣量，日產(chǎn)氣量0.20.2104m3104m3，油套，油套壓差逐漸加大，在積液跡象；投放工具后油套壓：壓差逐漸加大，在積液跡象；投放工具后油套壓：1.04/4.54MPa1.04/4.54MPa，日產(chǎn)氣量，日產(chǎn)氣量0.260.26104m3104m3，生